第五章还原过程 概述 、研究还原过程的意义 金属元素在自然界很少以单质形态存在 有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物形态 钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为氯化物 还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重要作用 还原过程实例: 高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶金、钛冶金
第五章 还原过程 概述 一、研究还原过程的意义 ⚫ 金属元素在自然界很少以单质形态存在 ⚫ 有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物 ⚫ 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物形态 ⚫ 钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为氯化物 ⚫ 还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重要作用 还原过程实例： 高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶金、钛冶金
、还原过程分类 ●气体还原剂还原 用cO或H2作还原剂还原金属氧化物。 ●固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 ●金属热还原 用位于△G-T图下方的曲线所表示的金属作 还原剂,还原位于△G8-T图上方曲线所表示的 金属氧化物(氯化物、氟化物)以制取金属 ●真空还原 在真空条件下进行的还原过程
二、还原过程分类 ⚫ 气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 ⚫ 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 ⚫ 金属热还原 用位于 △Gθ－T 图下方的曲线所表示的金属作 还原剂，还原位于△Gθ－T 图上方曲线所表示的 金属氧化物（氯化物、氟化物）以制取金属。 ⚫ 真空还原 在真空条件下进行的还原过程
、还原剂的选择 1、对还原剂X的基本要求 X对A的亲和势大于Me对A的亲和势。对于氧化物 在氧势图上线应位于线之下; XO的分解压应小于MeO的分解压 还原产物XA易与产出的金属分离 ·还原剂不污染产品— →不与金属产物形成合金或化合物 ·价廉易得 碳是MeO的良好还原剂
三、还原剂的选择 1、对还原剂X的基本要求 • X对A的亲和势大于Me对A的亲和势。对于氧化物—— → 在氧势图上线应位于线之下； → XO的分解压应小于MeO的分解压。 • 还原产物XA易与产出的金属分离； • 还原剂不污染产品—— → 不与金属产物形成合金或化合物 • 价廉易得 → 碳是MeO的良好还原剂
Peo/Pco 炮对零度 乱/Peae 为11
2、碳还原剂的主要特点求 碳对氧的亲和势大,且随着温度升高而增加,能还原绝大多数 金属氧化物。 →Cu2O、PbO、NiO、CoO、SnO等在标准状态下,在不太高 的温度下可被碳还原。 →FeO、zno、Cr2O3、MnO、SiO2等氧化物在标准状态下,在 线与线交点温度以上可被碳还原。 →2○5、Ta2O5、Nb2O5等难还原氧化物在标准状态下不能被碳 还原;但在高温真空条件下可被碳还原。 →CaO等少数金属氧化物不能被碳还原。 反应生成物为气体,容易与产品Me分离。 ·价廉易得 碳易与许多金属形成碳化物
2、碳还原剂的主要特点求 • 碳对氧的亲和势大，且随着温度升高而增加，能还原绝大多数 金属氧化物。 → Cu2O、PbO、NiO、CoO、SnO等在标准状态下，在不太高 的温度下可被碳还原。 → FeO、ZnO、Cr2O3、MnO、SiO2等氧化物在标准状态下，在 线与线交点温度以上可被碳还原。 → V2O5、Ta2O5、Nb2O5等难还原氧化物在标准状态下不能被碳 还原；但在高温真空条件下可被碳还原。 → CaO等少数金属氧化物不能被碳还原。 • 反应生成物为气体，容易与产品Me分离。 • 价廉易得。 • 碳易与许多金属形成碳化物
3、氢还原剂 ●在标准状态下,H2可将Cu2O、PbO、NiO、 CoO等还原成金属。 ●在较大的下,H2可将WO3、MoO3、FeO等还 原成金属。 在适当的下,氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯 化物。 4、金属还原剂 ●铝、钙、镁等活性金属可作为绝大部分氧化物 的还原剂 ●钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂
3、氢还原剂 ⚫在标准状态下，H2可将Cu2O、PbO、NiO、 CoO等还原成金属。 ⚫ 在较大的下，H2可将WO3、MoO3、FeO等还 原成金属。 ⚫ 在适当的下，氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯 化物。 4、金属还原剂 ⚫ 铝、钙、镁等活性金属可作为绝大部分氧化物 的还原剂。 ⚫ 钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂
5.1燃烧反应 火法冶金常用的燃料 1.固体燃料 煤和焦碳,其可燃成分为C 2.气体燃料 煤气和天然气,其可燃成分主要为CO和H2 3.液体燃料 重油等,其可燃成分主要为CO和H2
5.1 燃烧反应 火法冶金常用的燃料 ： 1. 固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 2. 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2 3. 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
火法冶金常用的还原剂 1.固体还原剂 煤、焦碳等,其有效成分为C 2.气体还原剂 cO和H2等 3.液体还原剂 Mg、Na等 C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
火法冶金常用的还原剂 1. 固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 2. 气体还原剂 CO和H2等 3. 液体还原剂 Mg、Na等 → C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 → C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
碳-氧系燃烧反应的热力学 1、碳-氧系燃烧反应 碳一氧系的主要反应 碳的气化反应 在高温下向正方向进行——布多尔反应; →低温下反应向逆方向进行—歧化反应(或碳素沉积反 应)。 煤气燃烧反应:^G°随着温度升高而增大, 高温下CO氧化不完全 碳的完全燃烧反应:△G6<<0 碳的不完全燃烧反应:△G8<<0
一、碳-氧系燃烧反应的热力学 1、碳-氧系燃烧反应 碳–氧系的主要反应 • 碳的气化反应 → 在高温下向正方向进行——布多尔反应； → 低温下反应向逆方向进行——歧化反应（或碳素沉积反 应）。 • 煤气燃烧反应：△Gθ随着温度升高而增大， → 高温下CO氧化不完全。 • 碳的完全燃烧反应： △Gθ<< 0 • 碳的不完全燃烧反应：△Gθ<< 0
2、C-O系优势区图 在影响反应平衡的变量(温度、总压、气相组 成)中,有两个是独立变量。 碳汽化反应为吸热反应,随着温度升高,其平 衡常数增大,有利于反应向生成CO的方向迁移 →在总压P总一定的条件下,气相CO%增加。 在C-O系优势区图中,平衡曲线将坐标平面划 分为二个区域: Ⅰ——CO部分分解区(即碳的稳定区) Ⅱ——碳的气化区(即CO稳定区)
2、C-O系优势区图 → 在影响反应平衡的变量（温度、总压、气相组 成）中，有两个是独立变量。 碳汽化反应为吸热反应，随着温度升高，其平 衡常数增大，有利于反应向生成CO的方向迁移。 → 在总压P总一定的条件下，气相CO%增加。 在C-O系优势区图中，平衡曲线将坐标平面划 分为二个区域： Ⅰ—— CO部分分解区（即碳的稳定区） Ⅱ—— 碳的气化区（即CO稳定区）